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摘要: 熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling,FDM）熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料...
熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling,FDM）
熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。大致结构如下图所示：
FDM结构示意图（来源于网络）
在3D打印技术中，FDM的机械结构最简单，设计也最容易，制造成本、维护成本和材料成本也最低，因此也是在家用的桌面级3D打印机中使用得最多的技术，而工业级FDM机器，主要以Stratasys公司产品为代表。
Stratasys工业级3D打印机
FDM技术的桌面级3D打印机主要以ABS和PLA为材料，ABS强度较高，但是有毒性，制作时臭味严重，必须拥有良好通风环境，此外热收缩性较大，影响成品精度；PLA是一种生物可分解塑料，无毒性，环保，制作时几乎无味，成品形变也较小，所以目前国外主流桌面级3D打印机均以转为使用PLA作为材料。
FDM技术的优势在于制造简单，成本低廉，但是桌面级的FDM打印机，由于出料结构简单，难以精确控制出料形态与成型效果，同时温度对于FDM成型效果影响非常大，而桌面级FDM3D打印机通常都缺乏恒温设备，因此基于FDM的桌面级3D打印机的成品精度通常为0.3mm-0.2mm，少数高端机型能够支持0.1mm层厚，但是受温度影响非常大，成品效果依然不够稳定。此外，大部分FDM机型制作的产品边缘都有分层沉积产生的“台阶效应”，较难达到所见即所得的3D打印效果，所以在对精度要求较高的快速成型领域较少采用FDM。
光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）
光固化技术是最早发展起来的快速成型技术，也是目前研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。光固化技术，主要使用光敏树脂为材料，通过紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐层固化，最终得到完整的产品。大致结构如下图所示：
光固化原理图
光固化技术优势在于成型速度快、原型精度高，非常适合制作精度要求高，结构复杂的原型。使用光固化技术的工业级3D打印机，最著名的是objet，该制造商的3D打印机提供超过123种感光材料，是目前支持材料最多的3D打印设备。
Objet材料分类
光固化快速成型应该是目前3D打印技术中精度最高，表面也最光滑的，objet系列最低材料层厚可以达到16微米（0.016毫米）。但是光固化快速成型技术也有两个不足，首先光敏树脂原料有一定毒性，操作人员使用时需要注意防护，其次光固化成型的原型在外观方面非常好，但是强度方面尚不能与真正的制成品相比，一般主要用于原型设计验证方面，然后通过一系列后续处理工序将快速原型转化为工业级产品。此外，SLA技术的设备成本、维护成本和材料成本都远远高于FDM，因此，目前基于光固化技术的3D打印机主要应用在专业领域，桌面领域目前已有两个桌面级别SLA技术3D打印机项目启动，一个是Form1，一个是B9，相信不久的将来会有更多低成本的SLA桌面3D打印机面世。
三维粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing,3DP）
3DP技术由美国麻省理工大学开发成功，原料使用粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等，3DP技术工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件。大致结构如下图所示：
3DP技术的优势在于成型速度快、无需支撑结构，而且能够输出彩色打印产品，这是目前其他技术都比较难以实现的。3DP技术的典型设备，是3DS旗下zcorp的zprinter系列，也是3D照相馆使用的设备，zprinter的z650打印出来的产品最大可以输出39万色，色彩方面非常丰富，也是在色彩外观方面，打印产品最接近于成品的3D打印技术。
但是3DP技术也有不足，首先粉末粘接的直接成品强度并不高，只能作为测试原型，其次由于粉末粘接的工作原理，成品表面不如SLA光洁，精细度也有劣势，所以一般为了产生拥有足够强度的产品，还需要一系列的后续处理工序。此外，由于制造相关材料粉末的技术比较复杂，成本较高，所以目前3DP技术主要应用在专业领域，桌面级别目前仅有一个PWDR项目在启动，但仍然处于0.1状态，尚需观察后续进展。
选择性激光烧结（Selecting Laser Sintering,SLS）
该工艺由美国德克萨斯大学提出，于1992年开发了商业成型机。SLS利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，由计算机控制层层堆结成型。SLS技术同样是使用层叠堆积成型，所不同的是，它首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘接，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至完成整个模型成型。大致结构如下：
激光烧结技术可以使用非常多的粉末材料，并制成相应材质的成品，激光烧结的成品精度好、强度高，但是最主要的优势还是在于金属成品的制作。激光烧结可以直接烧结金属零件，也可以间接烧结金属零件，最终成品的强度远远优于其他3D打印技术。SLS家族最知名的是德国EOS的M系列，成品效果图：
激光烧结技术虽然优势非常明显，但是也同样存在缺陷，首先粉末烧结的表面粗糙，需要后期处理，其次使用大功率激光器，除了本身的设备成本，还需要很多辅助保护工艺，整体技术难度较大，制造和维护成本非常高，普通用户无法承受，所以目前应用范围主要集中在高端制造领域，而目前尚未有桌面级SLS3D打印机开发的消息，要进入普通民用领域，可能还需要一段时间。
结语
3D打印领域发展迅猛，从巨型的房屋打印机到微型的纳米级细胞打印机，各种新技术层出不穷，但是目前主要还是集中在专业领域，民用市场还是以简单架构的FDM为主，无论效果还是精度都差强人意，我们期待着随着技术发展和成本降低，桌面级3D打印机也能够真正实现所见即所得的打印效果，那时候3D打印改变世界将不再是一个梦想。
